Spiegazione degli SPD DC di Classe I, Classe II e Classe III: una guida pratica alla protezione dalle sovratensioni per impianti fotovoltaici

Una guida pratica ai dispositivi di protezione contro le sovratensioni (SPD) di Classe I, Classe II e Classe III

Dispositivi di protezione contro le sovratensioni (SPD) CC sono utilizzati sul lato CC degli impianti fotovoltaici per limitare le sovratensioni transitorie e deviare la corrente di scarica prima che danneggi inverter, apparecchiature di monitoraggio, quadri di parallelo e altri componenti sensibili. Tuttavia, marcature come Classe I, Classe II, In, Imax, Su e Iscpv sono spesso fraintese.

Questa guida spiega le classi degli SPD per CC (Classe I, Classe II e Classe III) e mostra come interpretare la targhetta di un tipico SPD fotovoltaico da 1000 V CC.

Punti di forza

• Classe I, Classe II e Classe III descrivono le classi di prova degli SPD, non i livelli di qualità del prodotto.
• La Classe I è generalmente associata agli SPD di Tipo 1 e alla forma d'onda della corrente di fulmine 10/350 μs.
• La Classe II è generalmente associata agli SPD di Tipo 2 e alla forma d'onda della corrente di scarica 8/20 μs.
• La Classe III è generalmente associata alla protezione fine di Tipo 3 e a una prova con onda combinata.
• Ucpv, In, Imax, Up e Iscpv descrivono diverse caratteristiche elettriche e non sono intercambiabili.
• Un SPD di Classe II non deve essere considerato automaticamente come una protezione contro la corrente di fulminazione diretta.

Cosa significano le classi degli SPD?

Il termine Classe su un SPD si riferisce normalmente a una classificazione di prova. Non significa che la Classe I sia un prodotto di qualità superiore e la Classe II un prodotto di qualità inferiore. Inoltre, non descrive una classe di isolamento o un grado di protezione IP dell'involucro.

Queste classi di SPD non devono essere confuse con le classi del sistema di protezione contro i fulmini LPS I, II, III e IV. I due sistemi utilizzano numeri romani simili ma descrivono argomenti differenti.

SPD DC di Classe I / Tipo 1

Un SPD di Classe I o Tipo 1 è progettato per gestire componenti di corrente di fulmine ad alta energia. La sua forma d'onda di prova principale è tipicamente 10/350 μs: la corrente aumenta rapidamente e poi decade in un periodo relativamente lungo, conferendo all'impulso un'energia molto più elevata rispetto a una sovratensione convenzionale di 8/20 μs con la stessa corrente di picco.

La protezione di Tipo 1 o di Tipo 1+2 deve essere valutata quando un impianto fotovoltaico è dotato di un sistema di protezione contro i fulmini esterno, quando non è possibile mantenere la distanza di separazione richiesta o quando la corrente di fulmine può entrare nell'impianto elettrico attraverso il confine di una zona di protezione contro i fulmini.

Il parametro chiave del Tipo 1 è normalmente Iimp. Un valore elevato di Imax da solo non dimostra che un SPD sia idoneo per un impiego di Tipo 1, poiché Imax è normalmente associato alla forma d'onda 8/20 μs.

SPD CC di Classe II / Tipo 2

La Classe II corrisponde generalmente a un SPD di Tipo 2 testato con una forma d'onda di corrente 8/20 μs. È la classe più comune utilizzata per la protezione contro le sovratensioni indotte da fulmini e i transitori di commutazione in Scatole combinatore FV, apparecchiature di distribuzione CC e ingressi CC degli inverter.

Un SPD di Tipo 2 può essere installato anche a valle di un SPD di Tipo 1 come parte di un sistema di protezione coordinato. Non deve essere commercializzato come scaricatore per correnti di fulmine dirette, a meno che il prodotto non sia anche testato e dichiarato come Tipo 1 o Tipo 1+2.

SPD di Classe III / Tipo 3

Gli SPD di Classe III o Tipo 3 forniscono una protezione fine in prossimità delle apparecchiature sensibili. Sono comunemente valutati utilizzando un generatore d'onda combinata con una forma d'onda di tensione a circuito aperto di 1,2/50 μs e una forma d'onda di corrente di cortocircuito di 8/20 μs.

I dispositivi di Tipo 3 funzionano normalmente con una protezione a monte di Tipo 1 o Tipo 2. Non sono progettati per assorbire autonomamente l'intera energia di sovratensione in ingresso.

Come leggere la targhetta di un SPD da 1000 V DC

Ucpv: 1000 V DC

Ucpv è la massima tensione continuativa di esercizio per un SPD fotovoltaico. È la tensione DC più elevata che può essere applicata in modo continuo all'SPD nelle condizioni dichiarate dal produttore.

L'Ucpv selezionato non deve essere inferiore alla tensione massima a circuito aperto dell'impianto fotovoltaico dopo la correzione per la temperatura minima prevista. La Voc del modulo aumenta al diminuire della temperatura, pertanto un sistema descritto come “1000 V DC” non può utilizzare automaticamente un SPD con Ucpv di 1000 V senza verificare la tensione massima in condizioni di freddo.

Classe II

Questa marcatura indica il test di Classe II e normalmente un'applicazione di Tipo 2. Si riferisce principalmente alle sovratensioni indotte e di manovra rappresentate dalla forma d'onda 8/20 μs. Non descrive la qualità del prodotto o la capacità di cortocircuito.

In: 20 kA

In è la corrente nominale di scarica, normalmente specificata con una forma d'onda 8/20 μs per un SPD di Tipo 2. Viene utilizzata nella sequenza di prova standard ed è un indicatore importante della capacità di gestire correnti di sovratensione ripetibili nelle condizioni di prova dichiarate.

Imax: 40 kA

Imax è la corrente di scarica massima, solitamente associata alla forma d'onda 8/20 μs. Si tratta di un valore di scarica limite superiore e non deve essere interpretato come una corrente che l'SPD può sopportare ripetutamente.

In e Imax non devono essere confrontati direttamente con Iimp a meno che non vengano considerate le relative forme d'onda. Un impulso di corrente da fulmine 10/350 μs contiene molta più energia rispetto a un impulso 8/20 μs con lo stesso valore di picco.

Up: 4.0 kV

Su è il livello di protezione dalla tensione. Indica il livello a cui l'SPD limita la tensione nelle condizioni di prova specificate. Up deve essere coordinato con la tensione di tenuta all'impulso dell'apparecchiatura protetta.

Un valore di Up inferiore può migliorare il margine di protezione, ma Up non può essere valutato da solo. Ucpv deve rimanere sufficientemente elevato per l'impianto fotovoltaico e la lunghezza dei conduttori di installazione deve essere ridotta al minimo, poiché l'induttanza del conduttore aggiunge tensione durante una sovratensione.

Iscpv: 10 kA

Iscpv è la corrente di cortocircuito fotovoltaica nominale dell'SPD. Non è una capacità di scarica da sovratensione. Descrive la corrente di cortocircuito fotovoltaica presunta per la quale l'SPD e il suo dispositivo di disconnessione sono idonei, secondo le condizioni dichiarate dal produttore.

Questo valore è particolarmente importante nei sistemi fotovoltaici in corrente continua (DC), poiché un SPD guasto deve scollegarsi in sicurezza senza mantenere un pericoloso arco elettrico in DC.

5%–95% Umidità relativa

Questo dato descrive solitamente l'intervallo di umidità relativa consentito. È necessario consultare la scheda tecnica completa per condizioni quali funzionamento in assenza di condensa, corrosione, formazione di ghiaccio e altitudine.

Da −40°C a +85°C

Questo è l'intervallo di temperatura dichiarato. Per le apparecchiature installate all'interno di quadri di parallelo o armadi da esterno, la temperatura interna del quadro può essere significativamente superiore alla temperatura ambiente esterna.

Per interni e IP20

Il grado IP20 fornisce una protezione di base contro l'accesso con le dita e determinati oggetti solidi, ma la seconda cifra “0” indica che non è dichiarata alcuna protezione contro l'ingresso di acqua. Un SPD con grado IP20 non deve essere esposto direttamente alla pioggia. Le applicazioni fotovoltaiche in esterno richiedono un involucro idoneo selezionato in base alle condizioni ambientali.

Dove vengono installati gli SPD DC in un sistema fotovoltaico?

Gli SPD per corrente continua vengono solitamente installati nei quadri di parallelo fotovoltaici e in prossimità degli ingressi DC dell'inverter. Il numero e la posizione appropriati dipendono dal layout dell'impianto, dall'instradamento dei cavi, dal concetto di protezione contro i fulmini, dal sistema di messa a terra e dai livelli di tenuta delle apparecchiature.

Laddove i cavi DC siano lunghi, potrebbero essere necessari SPD coordinati su entrambe le estremità. Il posizionamento finale e il coordinamento devono seguire il progetto di installazione applicabile e la norma IEC 61643-32, piuttosto che una regola universale basata su un singolo dispositivo.

Quando scegliere tra Tipo 1, Tipo 2 o Tipo 1+2?

Considerare il Tipo 1 o il Tipo 1+2 quando:

• L'edificio è dotato di un sistema di protezione contro i fulmini esterno.
• Non è possibile mantenere la distanza di separazione richiesta.
• La corrente di fulmine può penetrare nel cablaggio fotovoltaico o attraversare un confine di zona di protezione contro i fulmini (LPZ).
• La valutazione del rischio del progetto richiede una capacità di scarica della corrente di fulmine.

Considerare il Tipo 2 quando:

• Il rischio principale è costituito da fulminazioni indotte o sovratensioni di manovra.
• L'SPD è installato a valle di un dispositivo di Tipo 1.
• La string box fotovoltaica o l'ingresso dell'inverter richiedono una protezione locale contro le sovratensioni senza esposizione a correnti di fulmine dirette.

La selezione finale deve sempre considerare Ucpv, Iimp ove applicabile, In, Imax, Up, Iscpv, modalità di protezione, sistema di messa a terra, protezione di backup e certificazione, non solo il valore di kA più alto riportato sull'etichetta.

Errori comuni nella selezione degli SPD DC

1. Considerare la Classe II come un grado di qualità. Si tratta di una classe di prova, non di un'indicazione che il prodotto sia di seconda scelta.
2. Confronto delle correnti nominali senza considerare la forma d'onda. 40 kA a 8/20 μs non sono equivalenti a 40 kA a 10/350 μs.
3. Confusione tra Iscpv e corrente di scarica. La Iscpv si riferisce alle condizioni di cortocircuito FV; In e Imax si riferiscono alla scarica di sovratensione.
4. Selezione della Ucpv basata esclusivamente sulla tensione nominale del sistema. La Voc a bassa temperatura deve essere calcolata.
5. Ignorare la lunghezza dei conduttori. Collegamenti lunghi dell'SPD aumentano la tensione effettiva rilevata dall'apparecchiatura protetta.
6. Installazione di apparecchiature IP20 all'aperto senza un involucro. Il grado IP20 non fornisce protezione contro l'acqua.
7. Utilizzo di un dispositivo di Tipo 2 dove è richiesto un servizio di Tipo 1. Il rischio di fulminazione diretta richiede la corretta classe di prova e una progettazione del sistema adeguata.

Conclusione

Una corretta selezione dell'SPD CC è una decisione ingegneristica coordinata. L'SPD deve avere una tensione di esercizio continuativo idonea, la classe di prova corretta, una capacità di scarica sufficiente, un livello di protezione di tensione appropriato e un'adeguata sicurezza contro i cortocircuiti FV.

Per l'esempio di targhetta, Classe II indica un'applicazione di Tipo 2; In 20 kA e Imax 40 kA descrivono le prestazioni di corrente di scarica 8/20 μs; Up 4,0 kV è il livello di protezione di tensione; e Iscpv 10 kA è la corrente di cortocircuito nominale FV. Nessuno di questi valori può sostituire l'altro.

Hai bisogno di aiuto per selezionare un SPD CC per il tuo impianto fotovoltaico? Invia KUANGYA la tensione massima del sistema, la configurazione delle stringhe dei moduli, la temperatura minima del sito, la posizione di installazione, il sistema di messa a terra e le condizioni di protezione contro i fulmini. Possiamo consigliare un modello di Tipo 1, Tipo 2 o Tipo 1+2 adatto all'applicazione.

Domande frequenti

Qual è la differenza tra gli SPD CC di Classe I e di Classe II?

Class I (Type 1) DC SPDs are tested with a 10/350 μs lightning-current impulse and are intended for installations where partial lightning current may enter the PV system. Class II (Type 2) DC SPDs are tested with an 8/20 μs waveform and mainly protect against induced lightning and switching surges.

Can a Type 2 SPD protect a PV system from direct lightning?

A Type 2 SPD is not automatically suitable for direct-lightning-current duty. Where lightning current can enter the installation, use a properly tested Type 1 or Type 1+2 SPD as required by the lightning protection and risk assessment.

How do I choose Ucpv for a DC SPD?

Choose a Ucpv rating that is not lower than the PV array maximum open-circuit voltage after correcting module Voc for the lowest expected site temperature. Also verify the inverter voltage limit and the manufacturer’s installation requirements.

Where should DC SPDs be installed?

Typical locations include PV combiner boxes and inverter DC inputs. Long cable routes or lightning protection zone boundaries may require coordinated SPDs at more than one location.

Standards Referenced

• IEC 61643-31 — Requirements and test methods for SPDs for photovoltaic installations.
• IEC 61643-32 — Selection and application principles for SPDs connected to the DC side of photovoltaic installations.